ابتكر باحثون في فرنسا تجربة جديدة يمكنها تحسين فهمنا لديناميكيات أقراص تراكم النجوم والثقوب السوداء. صمم بواسطة مارلون فيرنت وزملاؤه وفي جامعة السوربون بباريس، تستخدم التجربة مزيجًا من المجالات الكهربائية الشعاعية والمجالات المغناطيسية الرأسية لاحتواء قرص دوار من المعدن السائل. سمح هذا للفريق بملاحظة كيفية انتقال الزخم الزاوي داخل القرص، وهو الأمر الذي يمكن أن يوفر نظرة ثاقبة حول تكوين الكوكب والمناطق المحيطة بالثقوب السوداء.
التراكم هو العملية التي يقوم من خلالها جسم ضخم مثل نجم أو ثقب أسود بسحب الغاز والغبار من المناطق المحيطة به. والنتيجة هي قرص تراكمي دائري، حيث يقترب الغاز والغبار أكثر فأكثر من الجسم الضخم. في الأنظمة النجمية، تتشكل الكواكب داخل أقراص التراكم ويمكن لعلماء الفلك دراسة الثقوب السوداء من خلال مراقبة الإشعاع الصادر عن أقراص التراكم الخاصة بها.
لكي يتحرك الغبار والغاز بالقرب من الجسم الضخم، يجب أن يفقد بطريقة أو بأخرى الزخم الزاوي على طول الطريق. ونتيجة لذلك، يجب نقل الزخم الزاوي من داخل قرص التراكم إلى حافته الخارجية. لكن كيف يحدث هذا بالضبط يظل لغزا. أحد الاحتمالات هو أن الاحتكاك بين الأجزاء الداخلية والخارجية لجزء القرص الدوار ينقل الزخم الزاوي إلى الخارج، لكن لزوجة الأقراص تبدو منخفضة جدًا بحيث لا يمكن حدوث ذلك.
تدفقات القص المضطربة
التفسير الأكثر منطقية هو أن نقل الزخم الزاوي يتعزز من خلال تدفقات القص المضطربة في القرص. ولكن على الرغم من عقود من الفحص الدقيق باستخدام كل من صور التلسكوب والمحاكاة الحاسوبية، فإن الآليات التي تسبب هذا الاضطراب لا تزال غير واضحة.
وقد ألهم هذا علماء الفيزياء الفلكية للذهاب إلى المختبر وإجراء تجارب تشبه الأقراص التراكمية. في تجربة نموذجية، يوجد سائل في الفراغ الموجود بين أسطوانتين تدوران بشكل مستقل. وبدلاً من الجاذبية، يتم دفع السائل إلى الحركة من خلال الاحتكاك اللزج مع الأسطوانتين. ومن خلال ضبط سرعات دوران الأسطوانات، يمكن للباحثين إعادة إنشاء الحركات الشعاعية التي لوحظت في الأقراص التراكمية الحقيقية - مما يوفر بعض الأفكار حول كيفية نقل الزخم الزاوي إلى الخارج.
ومع ذلك، فإن هذا الإعداد أبعد ما يكون عن كونه نظيرًا مثاليًا لأقراص التراكم الفيزيائية الفلكية. لا يقتصر الأمر على أن حركة السائل مدفوعة بقوة تختلف عن الجاذبية، بل يجب أيضًا احتواء السائل رأسيًا بواسطة الأغطية العلوية والسفلية. من خلال الاحتكاك اللزج، تقدم هذه الحدود تدفقات ثانوية للسائل، والتي ليس لها أي نظير في قرص التراكم الحقيقي.
تدفقات ثانوية محدودة
في دراستهم، أنشأ فريق فيرنت تجربة جديدة يتم فيها تحريك المعدن السائل بواسطة مجال كهربائي شعاعي. يتم إنشاء هذا المجال عن طريق تمرير تيار بين قطب كهربائي خارجي على شكل حلقة وأسطوانة مركزية. على الرغم من أن السائل لا يزال متوجًا رأسيًا، إلا أن مدى التدفقات الثانوية محدود بالمجال المغناطيسي العمودي، والذي يتم إنشاؤه بواسطة ملفات موضوعة أعلى وأسفل القرص.
يتصاعد التراكم ، وليس السباغيتي المتصادم ، حيث يلتهم الثقب الأسود النجم
في تجربتهم، تمكن الباحثون من التحكم في سرعة دوران السائل ومستوى اضطرابه. ومن خلال فحص السائل باستخدام أجهزة الاستشعار، اكتشفوا أن الزخم الزاوي كان مدفوعًا بالفعل إلى الخارج من خلال التدفقات المضطربة داخل الجزء الأكبر من القرص. علاوة على ذلك، حدث هذا عند قيم منخفضة جدًا من اللزوجة الجزيئية. وهذا مشابه جدًا لملاحظات أقراص التراكم الحقيقية، حيث تفقد المادة زخمها الزاوي وتسقط إلى الداخل - على الرغم من النقص الواضح في اللزوجة في الغاز والغبار.
لا تزال التدفقات الثانوية موجودة في التجربة، مما يعني أن الفريق لم يكن قادرًا على محاكاة التدفقات المضطربة بشكل كامل في الأقراص التراكمية. مع المزيد من التحسينات، يأمل الباحثون أن تتمكن الأقراص المعدنية السائلة المعلقة قريبًا من تمكين علماء الفلك من تقدير مستوى الاضطراب المرتبط بالأقراص التراكمية التي يلاحظونها.
تم وصف البحث في استعراض للحروف البدنية.
